第五章氫稀有氣體

1、1第第 五五 章章 氫氫 希希 有有 氣氣 體體本章介紹氫和希有氣體單質(zhì)和重要化合物的性質(zhì)，制備和用途。通過希有氣體的結(jié)構(gòu)介紹價層電子對互斥理論。2教學(xué)要求教學(xué)要求、掌握氫的物理和化學(xué)性質(zhì)。、一般地了解希有氣體的發(fā)展簡史，單質(zhì)的性質(zhì)，用途和從空氣中分離它們的方法。、了解希有氣體化合物的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點。、掌握價層電子對互斥理論的基本內(nèi)容及其應(yīng)用。3第一節(jié)第一節(jié) 氫氫1-1 氫的存在和物理性質(zhì)一、存在一、存在主要以化合態(tài)存在于水、石油、天然氣以及生物的組織中。由光譜數(shù)據(jù)分析表明，太陽和其他一些星球的大氣中含有大量的氫。氫的發(fā)現(xiàn)氫的同位素1 h又稱氕，符號為h，占99.98%2h又稱為氘，符號為d，

2、占0.02%3h又稱為氚，符號為t，是h的1017分之一，主要是核衰變的產(chǎn)物。hdt4二、氫的物理性質(zhì)二、氫的物理性質(zhì)氫是密度最小的無色無味的氣體擴散速度快，因而具有很高的導(dǎo)熱性微溶于水（一體積水在273k時溶解0.02體積氫）沸點低，是20.4k，液態(tài)氫可以把除氦以外的所有氣體冷卻為固體易被鈀、鉑、鎳等金屬吸收，其中鈀的吸氫能力最強，室溫下一體積的粉末狀鈀可吸收900體積的氫。因此這些金屬是有關(guān)于氫反應(yīng)的優(yōu)良催化劑。51-2 1-2 氫的化學(xué)性質(zhì)和氫化物氫的化學(xué)性質(zhì)和氫化物一、氫的成鍵特點1. 離子鍵離子鍵na+h-nahh- 半徑較大，有很強的還原性，僅存在于離子化合物中，水溶液中很快與水

3、反應(yīng)放出氫氣 h- + h2o = h2+oh-2.共價鍵共價鍵hclhoh共價鍵是氫最譜遍的成鍵方式。3.氫鍵和氫橋鍵氫鍵和氫橋鍵 這是氫特殊的成鍵方式h1s16二、氫氣的制備二、氫氣的制備實驗室制備實驗室由活潑金屬和稀酸反應(yīng)或兩性金屬與堿反應(yīng)制備,也可用電解法制備zn + 2h+ = h2+ zn2+zn + 2h2o + 2oh- = zn(oh)42- + h2由兩性金屬與堿反應(yīng)或電解法得到的氫氣純度更高氫氣的工業(yè)制備天然氣裂解法:ch4 = c + 2h2催化劑水煤氣法:c + h2o = co + h21273 k陰極: 2h2o + 2e =h2 + 2oh-電解法陽極: 4oh

4、- - 4e =o2 + 2h2o 水蒸氣轉(zhuǎn)化法：ch4 + h2o co + 3h2(g)10731273 k催化劑7三、氫氣的化學(xué)性質(zhì)三、氫氣的化學(xué)性質(zhì)氫氣的鍵能很大(436kjmol-1) 主要反應(yīng)是高溫反應(yīng)1、少數(shù)常溫反應(yīng)例子：h2+f22hf 2h2+o2 = 2h2opd2、高溫還原反應(yīng)作為能源：2h2 + o2 =h2o(g)燃燒h =241.8 kjmol-1 還原金屬氧化物wo3 + 3h2 = =w + 3h2ofe2o3 + 3h2 =2fe + 3h2o高溫高溫c=cch-ch高溫加氫還原3、生成金屬氫化物na + h2 =2nah li + h2 =2lih高溫高溫8

5、第二節(jié)第二節(jié) 希有氣體希有氣體 （0 0 族元素）族元素）*2-1 希有氣體的發(fā)展簡史（自學(xué)）2-2 希有氣體的物理性質(zhì)和用途價電子價電子層結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)he ne ar kr xe rn 1s2 2s22p6 3s23p6 4s24p6 5s25p6 6s26p6希有氣體的價電子結(jié)構(gòu)稱為飽和電子層結(jié)構(gòu)，因此希有氣體不易失去電子、不易得到電子，不易形成化學(xué)鍵。希有氣體均為單原子分子，he是所有單質(zhì)中沸點最低的氣體。物理性質(zhì)物理性質(zhì)92-3 希有氣體的用途希有氣體的用途he超低溫冷卻劑；填充氣球；作惰性保護氣用于核反應(yīng)堆熱交換器；液氦在溫度小于2.2k時，是一種超流體，具有超導(dǎo)性和低粘性，對于研究和

6、驗證量子理論有重要的意義。ne氖的導(dǎo)電性是空氣的75倍，用于放電管中發(fā)射紅光，也用于作金屬焊接的保護氣。ar氬的導(dǎo)熱性很差，用于填充燈泡，也用作焊接的保護氣。xe氪和氙 導(dǎo)熱性均很差，用于填充燈泡，用氙制的電光源氙燈有“小太陽”之稱。kr102-4 2-4 希有氣體化合物希有氣體化合物希有氣體化合物主要是主要是氙的氟化物氙的氟化物和氧化物和氧化物希有氣體化合物是1962年才開始制得成功，是巴特列在發(fā)現(xiàn)o2和六氟化鉑能發(fā)生反應(yīng)的實驗事實后受到啟發(fā)。o2+ptf6o2+ptf6-由于o2的第一電離能(1175.7kjmol-1)和氙的第一電離能(1171.5kjmol-1)非常接近，于是想到用氙代

7、替氧可能會發(fā)生同樣的反應(yīng)。結(jié)果它成功了。xe+ptf6xe+ptf6-一、氟化物一、氟化物xe + f2 =xef2 1 ： 2 673k，1.03105 paxe + f2 =xef2 1 ： 5 873k，6.18105 paxe + f2 =xef2 1 ： 20 573k，6.18105 pa氙和氟在密閉的鎳反應(yīng)器中加熱就可得到氙氟化物11二、氟化物的性質(zhì)二、氟化物的性質(zhì)強氧化性強氧化性: 氧化能力按xef2xef4xef6順序遞增高溴酸鈉就是用xef2作氧化劑才首次制得成功的nabro3+xef2+h2o nabro4+2hf+xexef2 + h2 2hf + xexef2 + 2

8、cl- 2f- + xe + cl2xef4+ pt 2ptf4 + xe 與水反應(yīng)與水反應(yīng) 氙氟化物與水反應(yīng)活性不同2xef2 + 2h2o = 2xe + 4hf + o2 (在堿中迅速反應(yīng))xef4, xef6在水中反應(yīng)生成氧化物6xef4+12h2o2xeo3+4xe+3o2+24hfxef6+3h2oxeo3+6hfxef6+h2oxeof4+2hf (不完全水解)12三、氧化物三、氧化物氙的氧化物是無色、易潮解、易爆炸的晶狀固體。由氟化物水解制備。氧化物xeo3，在酸性溶液中具有強氧化性：xeo3鹽酸鹽酸 cl2 fe2+ fe3+ br- bro3-+xeooo在堿性溶液中表示出

9、弱酸性質(zhì)： xeo3+oh- hxeo4-并緩慢歧化： 2hxeo4- + 2oh-xeo64- + xe + o2 + 2h2o132-5 2-5 價層電子對互斥理論（價層電子對互斥理論（vseprvsepr理論）簡介理論）簡介valence shell electron pair repulsion theoryvalence shell electron pair repulsion theory一、vsepr理論的基本要點、分子的幾何圖形、分子的幾何圖形 取決于中心原子的價電子對價電子對的幾何構(gòu)型。中心原子周圍的價電子對總是按彼此間斥力最小的構(gòu)型（電子對間最大遠離）排列，價電子對數(shù)單鍵

10、電子對數(shù)未成鍵的孤電子對數(shù) bef2: 直線型bf3: 平面三角形ch4: 四面體co2: 2 直線型價電子對數(shù) 價電子對幾何構(gòu)型 不同電子對的幾何構(gòu)型列于表不同電子對的幾何構(gòu)型列于表9-4(page 233)9-4(page 233)注意注意:在出現(xiàn)奇數(shù)電在出現(xiàn)奇數(shù)電子時子時,此電子也當(dāng)作此電子也當(dāng)作電子對對待電子對對待.雙鍵電雙鍵電子對數(shù)不計子對數(shù)不計.14、價電子對間的斥力大小、價電子對間的斥力大小 電子對間的夾角越大，斥力越??； 相鄰電子對間的斥力大小順序為： 孤電子對孤電子對孤電子對成鍵電子對成鍵電子對成鍵電子對 如果分子中有重鍵，把它當(dāng)作單鍵看待。如o=c=o，c的價電子對數(shù)應(yīng)看作

11、是2，分子是直線型。根據(jù)價電子對的幾何構(gòu)型如何確定分子的幾何構(gòu)型？15二、確定分子構(gòu)型的一般規(guī)則、確定中心原子的價電子對數(shù)、確定中心原子的價電子對數(shù)價電子對數(shù)價電子對數(shù)中心原子的價電子數(shù)其他原子提供的單鍵電子數(shù)離子的負電荷數(shù)（或減去離子的正電荷數(shù)）/2asoaso4 43-3-as價電子數(shù)：5其他原子提供的單鍵電子數(shù)：0（氧原子與中心原子是以雙鍵結(jié)合）負電荷數(shù)：3所以as的價電子對數(shù) = （5 + 3）2 =4、根據(jù)價電子對數(shù)確定價電子對電子構(gòu)型、根據(jù)價電子對數(shù)確定價電子對電子構(gòu)型如出現(xiàn)奇數(shù)電子時，將此電子也當(dāng)作電子對來對待。aso43-的電子對構(gòu)型是四面體，由于配位原子數(shù)（氧）也是4，所以它

12、的分子構(gòu)型也是四面體16當(dāng)配位原子數(shù)與價電子對數(shù)不相等時，就有可能存在多當(dāng)配位原子數(shù)與價電子對數(shù)不相等時，就有可能存在多種構(gòu)型，應(yīng)用下列方法判斷出最穩(wěn)定構(gòu)型種構(gòu)型，應(yīng)用下列方法判斷出最穩(wěn)定構(gòu)型、繪出構(gòu)型圖、繪出構(gòu)型圖 每一電子對連一個配位原子，余下的是孤電子對。、確定穩(wěn)定構(gòu)型、確定穩(wěn)定構(gòu)型 根據(jù)成鍵電子對、孤電子對之間相互作用的大小，確定排斥力最小的構(gòu)型為穩(wěn)定構(gòu)型。(1) 相距角度最小的孤電子對孤電子對的數(shù)目越少，其構(gòu)型越穩(wěn)定。(2) 如果(1)的判斷還不能確定，則由相距角度最小的孤電子對成鍵電子對數(shù)目最少的作為穩(wěn)定構(gòu)型。(3) 如果(2)還不能確定，則由成鍵電子對成鍵電子對最少的構(gòu)型作為穩(wěn)定

13、構(gòu)型。17例 試根據(jù)上述原則判斷xef4的穩(wěn)定構(gòu)型價電子對數(shù)(8+4)2=6價電子對構(gòu)型為八面體xef4可能的構(gòu)型有兩種：xexeffffffff(a)(b)所以xef4的分子構(gòu)型是平面四邊形90孤孤： 0 190孤成： 8 690成成： 4 5構(gòu) 型： （a） （b） 182-6 希有氣體化合物的結(jié)構(gòu)分子 價電子對數(shù) 價電子對構(gòu)型 可能構(gòu)型 最穩(wěn)定構(gòu)型xef2 5 三角雙錐 三種 直線型xef4 6 八面體 二種 平面四面形xef6 7 變形八面體 二種 變形八面體xeof4 6 八面體 二種 四方錐形xeo3 4 四面體 一種 三角錐形xeo4 4 四面體 一種 正四面體19希有氣體的一些物理性質(zhì)元素符號henearkrxern沸點/k4.22787120166211第一電離能molkj-123722033152313511171103820氟化氙的結(jié)構(gòu)xef2xef4xef621xeo3 的結(jié)構(gòu)三氧化氙xeooo22氫的發(fā)現(xiàn)cavendish(1731-1810)laviusiser(1743-1794)早在16世紀就有人發(fā)現(xiàn)了氫氣體,它是硫酸與鐵反應(yīng)生成的一種氣體，1766年